Beschreibung
Titel
Ladevorrichtung mit einem Leistungsteil Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung mit einem Leistungsteil zur Erzeugung einer Ladespannung zum Aufladen eines Akkupacks aus einer von einer Eingangsspannungsquelle bereitgestellten Eingangsspannung, wobei das Leistungsteil und die Eingangsspannungsquelle über eine von einer Steuereinheit ansteuerbare Trennvorrichtung elektrisch leitend miteinander verbindbar sind und die Trennvorrichtung dazu ausgebildet ist, in einem zugeordneten Schaltmodus eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leistungsteil und der Eingangsspannungsquelle herzustellen und in einem zugeordneten Trenn- modus diese elektrisch leitende Verbindung zu trennen.
Die DE 101 00 767 A1 beschreibt eine derartige Ladevorrichtung, bei der das Leistungsteil beim Betrieb in einem zugeordneten Bereitschaftsmodus, d. h. im Standby-Betrieb, durch Öffnen eines mechanischen Schalters von einem ein- gangsseitigen Spannungsversorgungsnetz getrennt ist. Bei Herstellen einer e- lektrisch leitenden Verbindung zwischen der Ladevorrichtung und einem aufzuladenden Akkupack detektiert ein der Ladevorrichtung zugeordneter Strom- oder Spannungsdetektor das Akkupack und aktiviert mit dessen Restspannung die Steuereinheit, um ein Schließen des mechanischen Schalters und somit einen Übergang der Ladevorrichtung in einen zugeordneten Ladebetrieb zum Aufladen des Akkupacks zu bewirken.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass insbesondere die Detektierung von tiefentladenen Akkupacks kritisch ist und fehlerbehaftet sein kann. Auch kann ei- ne vorhandene Restspannung des Akkupacks möglicherweise nicht zur Aktivie-
rung der Steuereinheit ausreichen, sodass ein sicheres und zuverlässiges Aufladen des Akkupacks nicht in allen Fällen gewährleistet werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue Ladevorrichtung zum Aufladen eines Akkupacks bereit zu stellen, mit der ein sicheres und zuverlässiges Aufladen des Akkupacks gewährleistet werden kann. Dieses Problem wird gelöst durch eine Ladevorrichtung mit einem Leistungsteil zur Erzeugung einer Ladespannung zum Aufladen eines Akkupacks aus einer von einer Eingangsspannungsquelle bereitgestellten Eingangsspannung. Das Leistungsteil und die Eingangsspannungsquelle sind über eine von einer Steuereinheit ansteuerbare Trennvorrichtung elektrisch leitend miteinander verbindbar. Die Trennvorrichtung ist dazu ausgebildet, in einem zugeordneten Schaltmodus eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leistungsteil und der Eingangsspannungsquelle herzustellen und in einem zugeordneten Trennmodus diese elektrisch leitende Verbindung zu trennen. Die Steuereinheit ist zumindest zur Standby-Stromversorgung mit einem zugeordneten Energiespeicher verbun- den und dazu ausgebildet, die Trennvorrichtung beim Übergang von einem Ladebetrieb zu einem Standby-Betrieb der Ladevorrichtung anzusteuern, um die Trennvorrichtung vom Schaltmodus in den Trennmodus umzuschalten.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung einer Ladevorrichtung, bei der eine Leistungsaufnahme von der Eingangsspannungsquelle im Standby-Betrieb vollständig verhindert wird.
Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Trennvorrichtung beim Ü- bergang vom Standby-Betrieb in den Ladebetrieb der Ladevorrichtung anzusteu- ern, um die Trennvorrichtung vom Trennmodus in den Schaltmodus umzuschalten.
Somit kann ein einfaches und schnelles Aktivieren der Ladevorrichtung beim Ü- bergang in den Ladebetrieb gewährleistet werden.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Ladebetrieb und den Standby-Betrieb der Ladevorrichtung zu detektieren und das Leistungsteil im Ladebetrieb zur Erzeugung der Ladespannung anzusteuern. Somit kann eine sichere und zuverlässige Steuerung der Ladevorrichtung erreicht werden.
Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, den Ladebetrieb der Ladevorrichtung für den Fall zu detektieren, dass der Akkupack mit der Ladevorrichtung elektrisch leitend verbunden ist und aufzuladen ist.
Somit kann ein Übergang vom Standby-Betrieb der Ladevorrichtung in den Ladebetrieb einfach und präzise bestimmt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, einen dem
Energiespeicher zugeordneten Ladezustand zu detektieren.
Die Erfindung ermöglicht somit eine kontinuierliche Überwachung der Standby- Stromversorgung des Energiespeichers.
Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, einen Alarm auszulösen, falls der Ladezustand einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Somit kann auf einfache Art und Weise auf einen unzureichenden Ladezustand des Energiespeichers hingewiesen werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Energiespeicher eine Batterie, die über einen zugeordneten Batterieschacht in die Ladevorrichtung einführbar ist. Die Erfindung ermöglicht somit ein einfaches und schnelles Austauschen des
Energiespeichers, falls dieser einen unzureichenden Ladezustand aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Energiespeicher ein Akkumulator, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Trennvorrichtung zur Umschaltung vom Trennmodus in den Schaltmodus anzusteuern, falls der Ladezustand des
Akkumulators den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, um einen Übergang
der Ladevorrichtung vom Standby-Betrieb in den Ladebetrieb zur Erzeugung einer Ladespannung zum Aufladen des Akkumulators zu ermöglichen.
Die Erfindung ermöglicht somit, auf einfache und kostengünstige Art und Weise fortwährend einen ausreichenden Ladezustand des Energiespeichers zum
Standby-Betrieb der Steuereinheit zu gewährleisten.
Bevorzugt ist eine von der Steuereinheit ansteuerbare Anzeige zur Anzeige des Ladezustands und/oder zur Ausgabe eines visuellen Alarms vorgesehen.
Somit kann eine Visualisierung eines jeweiligen Ladezustands des Energiespeichers ermöglicht werden.
Die Trennvorrichtung weist bevorzugt ein mechanisches Relais auf.
Somit kann eine einfache und kostengünstige Trennvorrichtung realisiert werden.
Die Trennvorrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Halbleiterschalter auf.
Somit kann eine sichere und zuverlässige Trennvorrichtung realisiert werden.
Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Steuerschaltung für ein Leistungsteil zur Erzeugung einer Ausgangsspannung aus einer von einer Eingangsspannungsquelle bereitgestellten Eingangsspannung. Das Leistungsteil und die Eingangsspannungsquelle sind über eine von einer Steuereinheit ansteuerbare Trennvorrichtung elektrisch leitend miteinander verbindbar. Die Trennvorrichtung ist dazu ausgebildet, in einem zugeordneten Schaltmodus eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leistungsteil und der Eingangs- Spannungsquelle herzustellen und in einem zugeordneten Trennmodus diese e- lektrisch leitende Verbindung zu trennen. Die Steuereinheit ist zumindest zur Standby-Stromversorgung mit einem zugeordneten Energiespeicher verbunden und dazu ausgebildet, die Trennvorrichtung beim Übergang von einem Normalbetrieb zu einem Standby-Betrieb der Steuerschaltung anzusteuern, um die Trennvorrichtung vom Schaltmodus in den Trennmodus umzuschalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild einer Anordnung mit einer Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung 100 mit einer Ladevorrichtung 150 zum Aufladen eines Akkupacks 190. Die Ladevorrichtung 150 hat beispielhaft ein Gehäuse 152, in dem ein Leistungsteil 153 angeordnet ist, das aus einer elektrischen Eingangsspannung UIN eine elektrische Ausgangsspannung UL erzeugt. Der Ladevorrichtung 150 ist gemäß einer Ausführungsform eine bevorzugt ebenfalls in dem Gehäuse 152 angeordnete Steuerschaltung 130 zur Steuerung einer dem Leistungsteil 153 zugeführten elektrischen Energie zugeordnet.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Verwendung der Steuer- Schaltung 130 bei der Ladevorrichtung 150 lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht zur Einschränkung der Erfindung dient. Vielmehr kann die Steuerschaltung 130 z. B. in jeglicher Art von Netzgerät bzw. Netzteil Anwendung finden, in dem ein Leistungsteil zur Erzeugung einer elektrischen Ausgangsspannung zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers verwendet wird. Beispielsweise könnte die Steuerschaltung 130 in einem Netzteil eines tragbaren Computers Anwendung finden, bei dem das Netzteil in einen Standby-Betrieb umschaltbar ist, für den Fall, dass der Computer ausgeschaltet und ein diesem zugeordneter Akkupack aufgeladen ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Ladevorrichtung 150 zur Spannungsversorgung mit einer Eingangsspannungsquelle 1 10 verbindbar, wie mit Pfeilen 1 17, 1 19 angedeutet. Die Eingangsspannungsquelle 1 10 ist beispielhaft als Wechselspannungsquelle ausgebildet, die z. B. einem Wechselspannungsversorgungsnetz zugeordnet ist und eine Eingangswechselspannung UAC bereitstellt. Es ist jedoch ebenso möglich, die Ladevorrichtung 150 an einer Gleichspannungsquelle zu betreiben, wozu einfache, eingangsseitige Modifizierungen der in Fig. 1 ab-
gebildeten Ladevorrichtung 150 erforderlich sein können, die dem Fachmann geläufig sind. Die Eingangswechselspannung UAC wird bevorzugt in eine Gleichspannung, die in Fig. 1 als die Eingangsspannung UIN gekennzeichnet ist, umgewandelt, z. B. mit einem eingangsseitig an der Ladevorrichtung 150 vorgese- henen Brückengleichrichter. Da eine derartige Maßnahme dem Fachmann geläufig ist, wurde in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung auf die Abbildung eines geeigneten Brückengleichrichters verzichtet.
Die Eingangsspannungsquelle 1 10 ist mit dem Leistungsteil 153 und mit einer Trennvorrichtung 151 verbunden. Das Leistungsteil 153 ist illustrativ mit einer zugeordneten Steuereinheit 155, einem Energiespeicher 157 und einer Kontakteinheit 159 verbunden. Die Trennvorrichtung 151 ist mit dem Leistungsteil 153 und der Steuereinheit 155 verbunden. Diese ist mit dem Energiespeicher 157, der Kontakteinheit 159 und einer Anzeige 158 verbunden. Die Kontakteinheit 159, der Energiespeicher 157, die Trennvorrichtung 151 und die Steuereinheit
155 bilden die Steuerschaltung 130 aus.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Leistungsteil 153 als Blech-Transformator oder als Schaltnetzteil ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Verwendung eines derartigen Transformators bzw. Schaltnetzteils lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen ist. Vielmehr können zur Realisierung des Leistungsteils 153 alle Arten von Leistungsteilen Anwendung finden, die dazu geeignet sind, aus der Eingangsspannung UIN die Ausgangsspannung UL zu erzeugen.
Die Kontakteinheit 159 ist beispielhaft dazu ausgebildet, eine elektrische Kontak- tierung des Akkupacks 190 an der Ladevorrichtung 150 zu ermöglichen, wie mit einem Pfeil 195 angedeutet, um somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Akkupack 190 und dem Leistungsteil 153 herzustellen. Illustrativ ist die Kontakteinheit 159 als eine/ein an dem Gehäuse 152 der Ladevorrichtung
150 vorgesehene(r) Ladebucht bzw. -schacht für den Akkupack 190 ausgebildet.
Der Energiespeicher 157 ist beispielhaft zumindest zur Standby- Stromversorgung der Steuereinheit 155 ausgebildet, d. h. zur Stromversorgung der Steuereinheit 155 im Standby-Betrieb der Ladevorrichtung 150. Im Normal-
bzw. Ladebetrieb der Ladevorrichtung 150 erfolgt die Stromversorgung der Steuereinheit 155 vorzugsweise über das Leistungsteil 153.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Energiespeicher 157 eine Batterie, die ü- ber einen an dem Gehäuse 152 vorgesehenen Batterieschacht 156 in die Ladevorrichtung 150 einführbar ist. Alternativ hierzu kann der Energiespeicher 157 ein Akkumulator sein, z. B. ein NiCd, NiMH, Li-Ion oder sonstiger Akkumulator oder ein Supercap, der mit einer von dem Leistungsteil 153 im Normal- bzw. Ladebetrieb der Ladevorrichtung 150 erzeugten Ladespannung ULE aufladbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Trennvorrichtung 151 in einem zugeordneten Schaltmodus und einem zugeordneten Trennmodus betreibbar. Im Schaltmodus stellt die Trennvorrichtung 151 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leistungsteil 153 und der Eingangsspannungsquelle 1 10 her und im Trennmodus trennt sie diese elektrisch leitende Verbindung. Ein Umschalten zwischen Schalt- und Trennmodus erfolgt z. B. durch eine geeignete Ansteuerung durch die Steuereinheit 155.
Die Trennvorrichtung 151 kann beispielhaft mit einem mechanischen Relais, z. B. einem Schütz oder einem Impulsrelais, realisiert werden. Es ist ebenfalls möglich, die Trennvorrichtung 151 mit Halbleiterschaltern bzw. einer Halbleiterschaltung zu realisieren, die z. B. einen oder mehrere Triac, Thyristoren und/oder Transistoren aufweist. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, die Trennvorrichtung 151 mit einem mechanischen Relais und zugeordneten Halbleiterelemen- ten, insbesondere Halbleiterschaltern, zu realisieren. Es ist jedoch auch möglich, die Trennvorrichtung 151 mit beliebigen anderen Elementen zu realisieren, solange die oben beschriebene Funktionalität gewährleistet ist.
Die Steuereinheit 155 ist beispielhaft als Ladekontroller bzw. Ladeelektronik aus- geführt. Diese ist bevorzugt dazu ausgebildet, den Ladebetrieb und den Standby-
Betrieb der Ladevorrichtung 150 zu detektieren und das Leistungsteil 153 im Ladebetrieb zur Erzeugung der Ausgangsspannung UL anzusteuern. Insbesondere ist die Ladeelektronik 155 dazu ausgebildet, einen dem zu ladenden Akkupack 190 zugeordneten Akkutyp sowie einen Betriebszustand der Ladevorrichtung 150, z. B. einen Betrieb im Leerlauf, mit oder ohne angeschlossenem Akkupack
190 sowie mit geladenem Akkupack 190, zu erkennen und in Abhängigkeit von
einem jeweils erkannten Akkutyp bzw. Betriebszustand die Trennvorrichtung 151 und/oder das Leistungsteil 153 anzusteuern. Hierbei kann die Trennvorrichtung 151 z. B. potentialgetrennt über einen der Ladeelektronik 155 zugeordneten Optokoppler und/oder Übertrager angesteuert werden. Da die Funktionsweise sowie eine Realisierung einer geeigneten Ladeelektronik einem Fachmann ausreichend bekannt ist, wird hier auf eine eingehende Beschreibung der Ladeelektronik 155 verzichtet.
Des Weiteren kann die Ladeelektronik 155 zur Bestimmung eines dem Energie- Speicher 157 zugeordneten Ladezustands ausgebildet sein, sowie zur Auslösung eines zugeordneten Alarms, falls dieser einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Dieser Schwellwert ist bevorzugt derart gewählt, dass bei einer Unterschreitung die Ausgabe eines Alarms noch möglich ist, aber eine ausreichende Standby-Stromversorgung der Ladeelektronik 155 nur noch für einen kurzen vor- gegebenen Zeitraum gewährleistet werden kann. Eine Anzeige des bestimmten
Ladezustands und/oder eine Ausgabe eines visuellen Alarms kann z. B. auf der Anzeige 158 erfolgen, die hierzu von der Ladeelektronik 155 ansteuerbar ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausgabe eines visuellen Alarms lediglich beispielhaft und nicht zur Einschränkung der Erfindung beschrieben ist. Vielmehr können auch andere Alarmtypen Anwendung finden, z. B. eine Ausgabe eines auditiven Alarms.
Im Betrieb der Ladevorrichtung 150 bestimmt die Ladeelektronik 155, ob der Akkupack 190 elektrisch leitend mit der Kontakteinheit 159 verbunden bzw. in den Ladeschacht 159 eingelegt ist und aufzuladen ist. Falls ein entsprechender Ladevorgang durchzuführen ist, initiiert die Ladeelektronik 155 einen Normal- bzw. Ladebetrieb, in dem die Trennvorrichtung 151 im Schaltmodus betrieben wird und die Stromversorgung der Ladeelektronik 155 über das Leistungsteil 153 erfolgt.
Dann bestimmt die Ladeelektronik 155 z. B. einen dem Akkupack 190 zugeordneten Akkutyp und steuert in Abhängigkeit von dem bestimmten Akkutyp das Leistungsteil 153 zur Erzeugung einer geeigneten Ausgangsspannung UL an, die der Kontakteinheit 159 und somit dem Akkupack 190 zur Aufladung als Lade- Spannung UL zugeführt wird. Diese kann beispielhaft in einem Bereich von 10 V bis 42 V liegen. Alternativ hierzu kann die Ladeelektronik 155 das Leistungsteil
153 auch zur Erzeugung eines geeigneten Ausgangs- bzw. Ladestroms ansteuern. Darüber hinaus steuert die Ladeelektronik 155 für den Fall, dass der Energiespeicher 157 ein Akkumulator ist, das Leistungsteil 153 derart an, das dieses die Ladespannung ULE erzeugt, um somit ein Aufladen des Akkumulators zu bewirken.
Falls kein Ladevorgang durchzuführen ist, bzw. nach dem Ladebetrieb, geht die Ladevorrichtung 150 in einen Bereitschaftsmodus bzw. einen Standby-Betrieb über. Hierzu steuert die Ladeelektronik 155 die Trennvorrichtung 151 an, um die- se vom Schaltmodus in den Trennmodus umzuschalten. Hierdurch wird die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leistungsteil 153 und der Eingangsspannungsquelle 110 getrennt, sodass die Leistungsaufnahme des Leistungsteils 153 im Standby-Betrieb auf 0 W abgesenkt wird. Die Stromversorgung der Ladeelektronik 155 wird nun von dem Energiespeicher 157 gewährleistet, wobei die Ladeelektronik 155 in einem Modus geringsten Energiebedarfs betrieben wird, bei dem noch eine volle Funktionsfähigkeit der Ladeelektronik 155 bewirkt wird. Diese volle Funktionsfähigkeit umfasst insbesondere die zumindest wiederholte, vorzugsweise regelmäßige und bevorzugt kontinuierliche Bestimmung des Ladezustands des Energiespeichers 157.
Falls der Ladezustand des Energiespeichers 157 einen zugeordneten Schwellwert unterschreitet, löst die Ladeelektronik 155 einen entsprechenden Alarm aus. Der Alarm und/oder der Ladezustand können auf der Anzeige 158 angezeigt werden. Darüber hinaus kann der Ladezustand auch kontinuierlich auf der An- zeige 158 angezeigt werden.
Für den Fall, dass der Energiespeicher 157 eine Batterie ist, deren Ladezustand den zugeordneten Schwellwert im Lade- oder Standby-Betrieb der Ladevorrichtung 150 unterschreitet, kann diese über den Batterieschacht 156 ausgetauscht werden. Für den Fall, dass der Energiespeicher 157 ein Akkumulator ist, wird dieser wie oben beschrieben im Ladebetrieb der Ladevorrichtung 150 aufgeladen. Falls der Ladezustand dieses Akkumulators im Standby-Betrieb der Ladevorrichtung 150 den zugeordneten Schwellwert unterschreitet, steuert die Ladeelektronik 155 gemäß einer Ausführungsform die Trennvorrichtung 151 zur Um- Schaltung vom Trennmodus in den Schaltmodus an. Somit wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leistungsteil 153 und der Eingangsspan-
nungsquelle 1 10 hergestellt, falls die Ladevorrichtung 150 an die Eingangsspannungsquelle 1 10 angeschlossen ist, sodass die Ladevorrichtung 150 vom Stand- by-Betrieb in den Normal- bzw. Ladebetrieb übergeht, sodass das Leistungsteil 153 die Ladespannung ULE zum Aufladen des Akkumulators erzeugt. Die Lade- Spannung ULE wird bevorzugt nur für einen vergleichsweise kurzen Zeitraum erzeugt, z. B. eine bis drei Stunden, um eine ausreichende Aufladung des Akkumulators zu gewährleisten. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Akkumulators mit einer vergleichsweise großen Kapazität und sehr geringer Selbstentladung eine derartige Aufladung im Mittel nur etwa einmal jährlich erforderlich sein sollte.
Wird im Standby-Betrieb der Ladevorrichtung 150 der aufgeladene Akkupack 190 aus dem Ladeschacht 159 entnommen, wird der Standby-Betrieb fortgesetzt. Wird dann der Akkupack 190 z. B. nach Entleerung erneut zum Aufladen in den Ladeschacht 159 eingeführt, erkennt die Ladeelektronik 155 wie oben beschrieben den Akkupack 190 und initiiert einen Übergang vom Standby-Betrieb der Ladevorrichtung 150 in deren Normal- bzw. Ladebetrieb durch ein Ansteuern der Trennvorrichtung 151 , um diese vom Trennmodus in den Schaltmodus umzuschalten. Dann erfolgt ein erneuter, wie oben beschriebener Ladevorgang.